ALS-PD70-01C/TR7 주변광 센서 데이터시트 - 크기 4.4x3.9x1.2mm - 전압 2.5V ~ 5.5V - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ALS-PD70-01C/TR7은 표면 실장(SMD) 주변광 센서 장치입니다. 평평한 상단을 가진 투명 재질로 성형된 초소형 SMD 패키지에 포토다이오드가 내장되어 있습니다. 이 센서는 휴대폰 및 PDA와 같은 모바일 기기의 디스플레이 백라이트 전력 절약을 위한 효과적인 솔루션으로 설계되었습니다. 주요 특징은 적외선 방사에 대한 높은 차단 비율로, 이는 인체 눈의 스펙트럼 응답과 매우 유사한 응답 특성을 제공합니다.

1.1 핵심 장점

• 인체 눈의 스펙트럼 응답에 근접함.
• 다양한 광원에 대한 감도 변화가 낮음.
• -40°C ~ +85°C의 넓은 동작 온도 범위.
• 2.5V ~ 5.5V의 넓은 공급 전압 범위.
• 소형 크기: 4.4mm (L) x 3.9mm (W) x 1.2mm (H).
• RoHS, EU REACH 및 무할로겐 기준 준수 (Br<900ppm, Cl<900ppm, Br+Cl<1500 ppm).

1.2 목표 시장 및 응용 분야

이 센서는 주로 휴대용 및 에너지 효율을 중시하는 전자 기기를 대상으로 합니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다:

• TFT LCD 디스플레이의 백라이트 제어를 통한 전력 절약을 위한 주변광 감지.
• 자동 주거용 및 상업용 조명 관리 시스템.
• 전자 간판의 자동 명암비 향상.
• 주간광 및 인공광 조건 모두에서의 주변광 모니터링 장치.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 조건을 벗어난 동작은 권장되지 않습니다.

• 역방향 항복 전압 (V_BR): 35 V (I_R=100µA 조건). 이는 포토다이오드가 항복 전에 견딜 수 있는 최대 역방향 전압을 나타냅니다.
• 순방향 전압 (V_F): 0.5 V ~ 1.3 V (I_F=10mA 조건). 이는 순방향 바이어스 시 다이오드 양단에 걸리는 전압 강하로, 테스트에는 관련되지만 일반적인 광전도 모드 동작에서는 일반적이지 않습니다.
• 동작 온도 (T_opr): -40°C ~ +85°C.
• 보관 온도 (T_stq): -40°C ~ +85°C.
• 솔더링 온도 (T_sol): 260°C. 이는 리플로우 솔더링 공정에 매우 중요합니다.

2.2 권장 동작 조건

장치는 지정된 성능을 보장하기 위해 다음 조건 내에서 동작하도록 설계되었습니다.

• 동작 온도 (T_opr): -40°C ~ +85°C.

2.3 전기적 및 광학적 특성

이 파라미터들은 T_a=25°C에서 측정되며 센서의 핵심 성능을 정의합니다.

• 암전류 (I_D): 전형값 2 nA, 최대값 10 nA (V_R=5V, E_V=0 Lux 조건). 빛이 없을 때 발생하는 작은 누설 전류입니다. 저조도 조건에서 감도를 위해 더 낮은 값이 바람직합니다.
• 광전류 (I_L1): 전형값 1.1 µA (V_R=5V, E_V=100 Lux, 백색 형광등/LED 광원 조건). 지정된 조도 하에서 생성되는 광전류입니다.
• 광전류 (I_L2): 전형값 9.5 µA (V_R=5V, E_V=1000 Lux, 백색 형광등/LED 광원 조건).
• 광전류 (I_L3): 전형값 12 µA (V_R=5V, E_V=1000 Lux, CIE 표준 광원-A / 2856K 백열등 조건). I_L2와 I_L3의 차이는 센서의 다양한 광원 스펙트럼에 대한 가변적인 응답을 강조합니다.
• 최대 감도 파장 (λ_p): 전형값 630 nm. 이는 센서의 최대 응답이 가시광선의 적색-주황색 영역에 있음을 확인하며, 인체 눈의 감도와 일치합니다.
• 감도 파장 범위 (λ): 390 nm ~ 700 nm. 이는 가시광선 스펙트럼의 대부분을 포함하며, 적외선(IR) 및 자외선(UV) 빛을 강력하게 차단합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 설계 엔지니어에게 중요한 여러 전형적인 전기-광학 특성 곡선을 참조합니다.

3.1 광전류 대 조도

이 곡선은 출력 광전류와 주변광 레벨(럭스 단위) 간의 관계를 보여줍니다. 일반적으로 넓은 범위에서 선형적이어서, 응용 분야에서 광 레벨을 직관적으로 보정할 수 있습니다. 이 곡선의 기울기는 센서의 응답성을 나타냅니다.

3.2 암전류 대 온도

이 그래프는 암전류(I_D)가 온도에 따라 어떻게 증가하는지 설명합니다. 암전류는 노이즈로 작용하므로, 이 관계를 이해하는 것은 극한 온도 환경에서 동작하는 응용 분야에서 정확한 저조도 판독을 보장하는 데 중요합니다.

3.3 광전류 대 온도

이 곡선은 고정된 조도에서 광전류가 온도에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. 일부 온도 의존성이 예상되며, 전체 동작 범위에서 높은 정확도가 필요한 경우 온도 보상 회로를 설계하는 데 이 데이터가 필요합니다.

3.4 광전류 대 공급 전압

이 그래프는 권장 공급 전압 범위(2.5V ~ 5.5V)에서 광전류 출력의 안정성을 보여줍니다. 전압 변화에 걸친 안정적인 출력은 전원 공급 설계를 단순화합니다.

3.5 스펙트럼 응답

이는 가장 중요한 그래프 중 하나입니다. 센서의 상대 감도를 파장에 대해 도표화합니다. 곡선은 지정된 대로 약 630 nm에서 최고점을 보여야 하며, 700 nm를 넘어서는 급격한 감쇠를 보여 효과적인 IR 차단을 확인시켜 줍니다. 이 곡선을 CIE 명시적 광도 함수(표준 인체 눈 응답)와 비교하면 "인체 눈의 응답에 근접함"이라는 주장을 시각적으로 검증할 수 있습니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

센서는 표면 실장 패키지로 제공됩니다. 주요 치수는 다음과 같습니다:

• 길이 (L): 4.4 mm ±0.1 mm
• 너비 (W): 3.9 mm ±0.1 mm
• 높이 (H): 1.2 mm

데이터시트의 상세한 기계 도면은 패드 크기 및 간격을 포함한 랜드 패턴 설계를 위한 정확한 측정값을 제공하며, 이는 PCB 레이아웃 및 솔더 접합 신뢰성에 중요합니다.

4.2 극성 식별

데이터시트 도면은 패키지 본체에 표시된 캐소드 및 애노드 마킹을 나타냅니다. 조립 중 올바른 극성 방향은 정상적인 회로 동작에 필수적입니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

5.1 리플로우 솔더링 파라미터

솔더링 온도의 절대 최대 정격은 260°C입니다. 이는 장치가 일반적인 무연 리플로우 프로파일을 견딜 수 있음을 의미합니다. 설계자는 표준 SMD 리플로우 솔더링 관행을 따라야 하며, 피크 온도가 260°C를 초과하지 않도록 하고, 액상선 이상의 시간이 PCB 조립 사양에 따라 제어되도록 해야 합니다.

5.2 취급 및 보관

장치는 지정된 보관 온도 조건(-40°C ~ +85°C)에서 원래의 습기 차단 백에 보관해야 합니다. 취급 및 조립 중에는 표준 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 준수해야 합니다.

6. 포장 및 주문 정보

6.1 포장 사양

• 표준 포장: 볼/백당 1000개.
• 카톤 포장: 카톤당 10박스.
• 릴 포장: 자동 피크 앤 플레이스 조립을 위해 릴당 1000개로 제공 가능.

6.2 라벨 형식 및 추적성

포장 라벨에는 추적성 및 식별을 위한 필드가 포함됩니다:

• CPN (고객 제품 번호)
• P/N (제품 번호: ALS-PD70-01C/TR7)
• QTY (포장 수량)
• CAT (등급 - 성능 빈닝용 가능성)
• HUE (최대 파장)
• REF (참조)
• LOT No (추적성을 위한 로트 번호)

7. 응용 설계 고려사항

7.1 일반적인 응용 회로

센서는 광전도 모드로 동작합니다. 일반적인 응용 회로는 포토다이오드를 역방향 바이어스(캐소드를 V_CC에, 애노드를 트랜스임피던스 증폭기 또는 풀다운 저항에 연결)로 연결하는 것을 포함합니다. 생성된 전류는 빛의 강도에 비례합니다. 이 전류는 더 나은 감도와 대역폭을 위해 저항 또는 더 정교한 연산 증폭기 기반 트랜스임피던스 증폭기(TIA)를 사용하여 전압으로 변환될 수 있습니다.

7.2 설계 노트

• 바이어싱: 역방향 바이어스 전압(V_R)이 2.5V ~ 5.5V 범위 내에 있는지 확인하십시오. 일관된 판독을 위해 안정적인 공급이 권장됩니다.
• 신호 조절: 출력은 작은 전류(마이크로암페어)입니다. 노이즈 피킹을 최소화하기 위해 신중한 PCB 레이아웃이 필요합니다. 센서의 IR 차단 기능으로 인해 직접적인 IR 광원(예: 햇빛 또는 백열등)으로부터 센서를 차폐하면 정확도를 향상시킬 수 있지만, 일부 스펙트럼 의존성은 남아 있습니다(I_L2대 I_L3참조).
• 보정: 전형적인 변동과 인간의 밝기에 대한 비선형적 인지로 인해, 정확한 럭스 측정을 위해서는 종종 알려진 광원에 대한 최종 제품 보정이 필요합니다.
• 광학 설계: "투명" 평평한 상단 패키지는 최종 제품에서 센서가 주변광의 대표적인 샘플을 수신하고 점 광원이나 그림자의 영향을 받지 않도록 하기 위해 도광판 또는 확산판이 필요할 수 있습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

ALS-PD70-01C/TR7은 다음과 같은 핵심 기능의 조합을 통해 차별화됩니다:

• 인체 눈 응답: 단순한 포토다이오드와 달리, 필터링된 응답으로 IR 감도를 최소화하여 복잡한 소프트웨어 보정 없이도 밝기 인지 작업에 출력을 더 직접적으로 사용할 수 있습니다.
• 넓은 전압 범위: 2.5V ~ 5.5V 범위로 마이크로컨트롤러에서 일반적인 3.3V 및 5V 논리 시스템 모두에서 직접 사용할 수 있어 레벨 시프터나 레귤레이터가 필요 없습니다.
• 견고한 온도 성능: -40°C ~ +85°C로 지정된 동작 범위는 일반적인 소비자 가전을 넘어 자동차, 산업 및 실외 응용 분야에 적합합니다.
• 규정 준수: 현대 환경 규정(RoHS, REACH, 무할로겐)에 대한 완전한 준수는 오늘날 대부분의 글로벌 시장에서 필수 요구사항입니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

9.1 이 센서로 측정한 럭스(Lux) 값의 정확도는 어느 정도인가요?

센서는 빛의 강도에 비례하는 광전류를 제공합니다. 정확한 럭스 측정을 위해서는 응용 분야에서 사용되는 특정 유형의 광원(예: 주간광, 형광등, LED) 하에서 기준 조도계에 대한 보정이 필수적입니다. 데이터시트는 다양한 광원 하에서의 전형적인 응답을 제공하며(I_L2및 I_L3참조), 모든 광 센서의 고유한 스펙트럼 의존성을 강조합니다.

9.2 직사광선이 닿는 실외에서 사용할 수 있나요?

동작 온도 범위는 허용하지만, 직사광선에는 매우 높은 IR 성분이 포함되어 있습니다. 센서의 IR 차단 기능이 도움이 되지만, 직사광선의 조도 레벨(종종 >50,000 Lux)은 센서나 후속 증폭 단을 포화시킬 수 있습니다. 광학 감쇠기(중성 밀도 필터) 또는 신호 조절 회로에서 신중한 범위 선택이 필요할 것입니다.

9.3 라벨에 있는 "CAT"과 "HUE"의 목적은 무엇인가요?

이는 성능 빈닝을 나타낼 가능성이 높습니다. "CAT"(카테고리/등급)는 표준 테스트 조건에서의 광전류 감도(예: 더 높거나 낮은 출력)에 따라 장치를 빈닝할 수 있습니다. "HUE"(최대 파장)는 최대 스펙트럼 감도의 정확한 파장(전형적인 630 nm 주변)에 따라 장치를 빈닝합니다. 이를 통해 제조업체는 대량 생산을 위해 더 엄격한 성능 일치를 가진 센서를 선택할 수 있습니다.

10. 실제 사용 사례 예시

시나리오: 모바일 기기를 위한 자동 백라이트 밝기 조절

ALS-PD70-01C/TR7은 기기 베젤의 작은 개구부 또는 도광판 뒤에 배치됩니다. 간단한 저항을 통해 마이크로컨트롤러의 아날로그-디지털 변환기(ADC) 입력에 연결됩니다. 마이크로컨트롤러의 펌웨어는 주변광 레벨에 해당하는 전압을 주기적으로 읽습니다. 미리 프로그래밍된 룩업 테이블 또는 알고리즘(종종 로그 함수 형태의 인간 인지 곡선을 모방)을 기반으로, 마이크로컨트롤러는 디스플레이의 LED 백라이트를 구동하는 PWM(펄스 폭 변조) 듀티 사이클을 조정합니다. 어두운 방에서는 백라이트가 어두워져 전력을 절약하고 눈의 피로를 줄입니다. 밝은 햇빛 아래에서는 가독성을 위해 최대 밝기로 증가합니다. 센서의 빠른 응답 및 인체 눈과 유사한 스펙트럼 감도는 다양한 조명 조건(사무실 형광등, 가정용 LED, 실외 햇빛)에서 부드럽고 자연스러운 조정을 보장합니다.

11. 동작 원리

이 장치는 실리콘 포토다이오드입니다. 실리콘의 밴드갭보다 큰 에너지를 가진 광자가 반도체 접합에 충돌하면 전자-정공 쌍이 생성됩니다. 역방향 바이어스 전압 하에서, 이들 전하 캐리어는 접합을 가로질러 이동하여 입사광 강도에 선형적으로 비례하는 측정 가능한 광전류를 생성합니다(넓은 범위에 걸쳐). 패키지에는 적외선 파장을 감쇠시키는 광학 필터가 포함되어 있어 스펙트럼 응답을 인체 눈의 명시적 응답에 근사하도록 형성합니다.

12. 산업 동향

주변광 감지는 성숙하지만 진화하는 기술입니다. 현재 동향은 다음과 같습니다:

• 통합: 포토다이오드, 증폭기, ADC 및 디지털 논리(I2C/SPI 인터페이스)를 단일 칩으로 결합하여 디지털 광 센서를 만드는 것. 이는 설계를 단순화하지만 일부 성능이나 유연성을 희생할 수 있습니다.
• 근접 감지: 종종 IR LED와 결합하여 근접 센서를 만들어 전화 통화 중 디스플레이를 끄는 기능 등에 사용됩니다.
• 플리커 감지: 고급 센서는 인공광 플리커(예: LED 또는 형광등)의 주파수를 감지하여 카메라가 셔터 속도를 조정하고 밴딩 효과를 줄일 수 있도록 합니다.
• 초저전력: IoT 장치의 항상 켜진 응용 분야를 위해 나노암페어 수준의 대기 전류를 가진 센서가 요구됩니다.

ALS-PD70-01C/TR7은 고성능 이산 솔루션을 대표하며, 통합보다 이러한 요소가 우선시되는 응용 분야를 위한 설계 유연성과 최적화된 아날로그 성능을 제공합니다.